A Peltier-jelenség

Ha hűtésről van szó, akkor Peltier neve gyakran elhnagzik, mint a legnagyobb hatásfokú, legjobb megoldás biztos márkaneve. De vajon mi is a titka, hogyan működik, miként lehetséges, hogy több tíz fokkal képes lejjebb vinni egy processzor vagy bármilyen chip hőmérsékletét? Ennek megértéséhez haladjunk kívülről befelé. Lássunk először egy hőelektromos hűtőt:

A Peltier tulajdonképpen nem más, mint egy "hőpumpa", mely a hőt egyik oldalról a másikra pumpálja. Ennek érdekében a Peltier alkatrész áramot használ fel, nem is keveset, ezért nem csak pumpálja a hőt, hanem termeli is (ebből látszik, hogy a hő eltávolításához továbbra is szükségünk van egy hűtőbordára, de méginkább a ventillátorra). Ennek kárát azonban már csupán a környezete látja, azon a helyen (tehát magán a processzoron), ahol szükség van rá, megteszi hatását. Általában 70 Celsius fokos különbség van mindennek köszönhetően a két fél közt, bár van, amikor a 120-at is megközelíti.

Mi az a Peltier-jelenség?

Ch. A. Peltier (1785-1845) francia fizikus fedezte fel 1834-ben. A lényege, hogy az átfolyó elektromos áram hatására két különböző anyag (fém vagy félvezető) érintkezési (ill. forrasztási) helyén - az áram irányától függően - fölmelegedés vagy lehűlés következik be. Félvezetőként ma bizmut-tellurid ötvözetet alkalmaznak (ezek egyike elektrontöbbletet (n-típusú), a másik pedig elektronhiányt (p-típusú) képez).

Ezen alapul a hőelektromos hűtő alapelve, amelyen áram folyik át. Mint a képen is látható, a félvezetőket az elektromos áramot jól vezető réz köti össze a megfelelő szisztéma szerint, melynek eredményeképpen az alsó félen (ami a valóságban a processzor felé eső rész) az érintkezési helyként szolgáló rézlapokon bekövetkezik a lehűlés (ezáltal elszívja a környezetében talált hőt), míg felül a félvezetőket pont ellentétesen kapcsolva (kvázi megfordítva az áram irányát) megtörténik a fölmelegedés és ennek nyomán a hőleadás. Megjegyzés: az oldal tetején látható részletes ábrán az alsó és felső oldal fel van cserélve.

A Peltier ereje természetesen véges. A fent ábrázolt (és a gyakorlatban is használt) egyszerű berendezés segítségével maximum 125 watt hőt "pumpálhatunk" át. Egyszóval nem képes mondjuk helyettesíteni egy lakásban a légkondicionálót.

 

Hogyan fest ez a gyakorlatban?

A bal oldalon látható egy komplett hűtőegység. A Peltier alkatrész a hűtőborda alatt helyezkedik el és egy három drótos vezeték, valamint egy kis transzformátor gondoskodik a működéséhez szükséges elektromos áramról.

A Peltier a túlhajtás biztosítéka. Segítségével elmehetünk odáig, amin túl már tényleg csak az adott eszköz fizikai határai akadályoznak meg. A hő többé nem gátolja kísérletezéseinket.

 

A Peltier-hűtés veszélyei

Noha kétségtelenül a létező legnagyobb hatásfokkal kecsegtető, s mindemellett viszonylag olcsó megoldással állunk szemben, nem szabad megfeledkeznünk a kockázatról sem. Normál körülmények közt természetesen semmi baj nem történhet, de ha valami elromlik, az esetünkben fokozottan lehet káros, szemben egy átlagos kiszereltséggel.

Túlmelegedés. Láthatjuk, hogy a Peltier tulajdonképpen nem más, mint egy "továbbfejlesztett" hűtőborda: képes a hőt átvenni és kisugározni, de nem tudja eltávolítani a védendő alkatrész közeléből, ez pedig különösen fontos az ő esetében, hisz a szokásosnál is két-háromszor több hőt termel. Ezért is érkeznek az ezen alapuló hűtőegységek bordával és ventillátorral. Ez utóbbi a legfontosabb; ha leáll (elromlik), akkor annak veszélye, hogy az eltávolítatlan hő következtében a processzor végül mégiscsak megsül - dacára a Peltier áldásos igyekezetének -, megsokszorozodik ahhoz képest, mintha csak egy szimpla hűtőegységgel állnánk szemben. Ezért győződjünk meg róla, hogy nincs semmilyen vezeték vagy egyéb akadályozó tényező, ami meggátolhatná a ventillátor működését.

Elektromos problémák. A Peltier sok áramot használ fel, talán többet is, mint amennyit képes biztosítani a tápegység. Ez különösképp rendszerindításkor okozhat gondokat; amikor például a merevlemezek felpörögnek, több áramot igényelnek, s ha a Peltier is épp ekkor akar elindulni, ez jelenthet némi problémát. A jobb hűtőegységek ezt úgy hidalják át, hogy csak akkor lépnek működésbe, amikor a processzor egy bizonyos szinten túlmelegszik. A másik dolog, amire figyeljünk, hogy az olcsóbb modelleknél néha az áramvezeték túl kicsi és így képtelen kiszolgálni a Peltier szükségleteit. Még ennél is jobban ügyeljünk arra, hogy a hűtőegység közvetlenül csatlakozzon a tápegységhez, nehogy egy sorba kapcsoljuk mondjuk a merevlemezeket kiszolgáló áramvezetékekkel!

A vízkicsapódás leginkább akkor fenyeget, ha a számítógép párás környezetben van. Amikor a processzor nagyon lehűl (a gép bekapcsolását követő másodpercekben vagy percekben), akkor lehet, hogy a hőmérséklete a szobahőmérséklet alá esik, és ez vízkicsapódást okoz a processzoron, a foglalatán és a foglalat alatt. A jó Peltier-hűtők úgy oldják meg ezt a gondot, hogy csak akkor indulnak be, amikor a CPU elér egy bizonyos hőmérsékletszintet. A kicsapódás egy olyan probléma, amit nem szabad semmibe venni, de túlértékelni sem kell a fontosságát. Meglehetősen ritkán fordul elő, hogy rövidzárlatot okoz, különösen azért, mert a kicsapódott víz csak elenyésző mértékben vezeti az áramot (szinte nem is tartalmaz ionokat).

Figyeljünk a Peltier hűtő méretére! Ha nagyobb, mint a processzor (sok CPU van, amelynek a közepén egy kisebb fémlap van, lásd például Intel Pentium MMX 200), akkor a "kilógó" része könnyen okozhat vízkicsapódást; ha viszont kisebb (például a K6 esetében, amelynek a tetején egy nagy fémlemez van), akkor a hűtés talán nem fog megfelelően működni.

Mitől is függ a vízkondenzáció veszélye? Három különböző tényező határozza meg: a környezeti hőmérséklet, a levegő páratartalma és a hűtőtt objektum hőmérséklete. Minél melegebb és párásabb az "időjárás" a számítógépházon belül, annál gyakrabban fordulhatnak elő vízkicsapódási problémák. Következzék egy táblázat arról, hogy milyen processzorhőmérsékletet remélhetünk különböző körülmények közt, anélkül, hogy a kondenzáció fenyegetne.

Páratartalom
Hőmérséklet
30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95%
30 C° 10,5 12,9 14,9 16,8 18,4 20,0 21,4 22,7 23,9 25,1 26,2 27,2 28,2 29,1
29 C° 9,7 12,0 14,0 15,9 17,5 19,0 20,4 21,7 23,0 24,1 25,2 26,2 27,2 28,1
28 C° 8,8 11,1 13,1 15,0 16,6 18,1 19,5 20,8 22,0 23,2 24,2 25,2 26,2 27,1
27 C° 8,0 10,2 12,2 14,1 15,7 17,2 18,6 19,9 21,1 22,2 23,3 24,3 25,2 26,1
26 C° 7,1 9,4 11,4 13,2 14,8 16,3 17,6 18,9 20,1 21,2 22,3 23,3 24,2 25,1
25 C° 6,2 8,5 10,5 12,2 13,9 15,3 16,7 18,0 19,1 20,3 21,3 22,3 23,2 24,1
24 C° 5,4 7,6 9,6 11,3 12,9 14,4 15,8 17,0 18,2 19,3 20,3 21,3 22,3 23,1
23 C° 4,5 6,7 8,7 10,4 12,0 13,5 14,8 16,1 17,2 18,3 19,4 20,3 21,3 22,2
22 C° 3,6 5,9 7,8 9,5 11,1 12,5 13,9 15,1 16,3 17,4 18,4 19,4 20,3 21,2
21 C° 2,8 5,0 6,9 8,6 10,2 11,6 12,9 14,2 15,3 16,4 17,4 18,4 19,3 20,2
20 C° 1,9 4,1 6,0 7,7 9,3 10,7 12,0 13,2 14,4 15,4 16,4 17,4 18,3 19,2
19 C° 1,0 3,2 5,1 6,8 8,3 9,8 11,1 12,3 13,4 14,5 15,5 16,4 17,3 18,2
18 C° 0,2 2,3 4,2 5,9 7,4 8,8 10,1 11,3 12,5 13,5 14,5 15,4 16,3 17,2
17 C° -0,6 1,4 3,3 5,0 6,5 7,9 9,2 10,4 11,5 12,5 13,5 14,5 15,3 16,2
16 C° -1,4 0,5 2,4 4,1 5,6 7,0 8,2 9,4 10,5 11,6 12,6 13,5 14,4 15,2
15 C° -2,2 -0,3 1,5 3,2 4,7 6,1 7,3 8,5 9,6 10,6 11,6 12,5 13,4 14,2
14 C° -2,9 -1,0 0,6 2,3 3,7 5,1 6,4 7,5 8,6 9,6 10,6 11,5 12,4 13,2
13 C° -3,7 -1,9 -0,1 1,3 2,8 4,2 5,5 6,6 7,7 8,7 9,6 10,5 11,4 12,2
12 C° -4,5 -2,6 -1,0 0,4 1,9 3,2 4,5 5,7 6,7 7,7 8,7 9,6 10,4 11,2
11 C° -5,2 -3,4 -1,8 -0,4 1,0 2,3 3,5 4,7 5,8 6,7 7,7 8,6 9,4 10,2
10 C° -6,0 -4,2 -2,6 -1,2 0,1 1,4 2,6 3,7 4,8 5,8 6,7 7,6 8,4 9,2

Minden értéke °C-ban van megadva.

Példa a táblázat használatára:
Környezeti hőmérséklet= 20°C, levegő páratartalma= 65%.
Eredmény: vízkicsapódás csak akkor fordulhat elő, ha a hűtött objektum hőmérséklete 13.2°C alá esik.

 

Meddig tart egy Peltier alkatrész?

Ha nem is örökké, de nagyon sokáig. Az egyetlen problémát az jelentheti - mint már említettük -, ha a ventillátor elromlik. Ez viszont igazán nagy károkat okozhat. Ezért is ajánlott, hogy amennyiben elszánjuk magunkat egy ilyen hűtőegység vételére, akkor válasszunk egy hőmérsékletfigyelővel felszereltet.